集中供气式沼气工程智能监控及输配系统的设计

摘要

针对当前“小而散”的户用型沼气工程发展缓慢、控制水平低、净化及利用工艺设计不合理、管网布置不科学等问题，论文以中国热带科学院农业机械研究所沼气研究中心的沼气工程为研究对象，在分析沼气利用及相关工艺系统的基础上，开展了集中供气式沼气工程输配系统的设计、基于变频器与PLC的恒压变频供气系统的研究、基于智能采集卡与力控组态的监测系统的设计。具体内容如下：
　　(1)集中供气式沼气工程输配系统的设计
　　通过多次走访调研和阅读大量相关文献，针对某研究所沼气研究中心所建的沼气工程，围绕输配管网设计中出现的问题，分别从供气方式选择、管材选择、水力计算、管道敷设四个方面进行了分析，并提出了相应的选择原则、计算方法以及注意事项，并由此完成了该沼气工程输气管网的设计。
　　(2)基于PLC与变频器的恒压变频供气系统的研究
　　通过对恒压变频供气系统的介绍及PID闭环控制原理的分析研究，结合集中供气式沼气工程产气用气不协调、供气不稳定的特点，提出了一种实现恒压变频供气的方法。即通过压力变送器对输气管道压力进行实时采集，以西门子S7-200为下位机，借助于预先编写好的的梯形图，对采集到的数据进行处理，再把处理好的数据反馈到压力变送器，实现闭环控制，最终实现恒压变频供气的目的。
　　(3)基于智能采集卡与力控组态的监测系统设计
　　根据所设计的集中供气式沼气工程沼气生产流程特点与系统功能要求，研发了基于智能数据采集卡与力控组态的监测系统。整个系统由上位机和下位机两部分构成，下位机通过一种智能数据采集卡，完成对沼气气体成份、流量、温度、压力数据的采集;上位机借助于ForceControl组态软件，完成对数据的处理与实时显示。该系统的实时采集、动画显示功能，为获得相应的发酵条件、发酵原料及提高产气率提供了一种切实可行的途径。
　　最后，为了验证本论文设计的输配系统、恒压变频供气系统及基于采集卡与力控组态的监测系统的有效性和正确性，分别进行了强度实验和气密性实验、系统无负荷联动试运行及系统全负荷联动试运行。实验结果以及试运行结果共同证明了输配系统、监测系统的有效性，表明所设计的输配系统和监测系统为建立集中供气式沼气工程提供了有效途径。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 背景与依据

1．2 国内外发展现状以及发展趋势

1．2．1 国内外集中供气式沼气工程的发展现状及发展趋势

1．2．2 国内外沼气监控系统的发展现状及发展趋势

1．2．3 国内外沼气输配系统发展现状及发展趋势

1．3 本论文的研究内容

2 集中供气式沼气工程总体设计

2．1 集中供气式沼气工程概述

2．1．1 沼气工程集中供气模式的内涵

2．1．2 沼气工程集中供气模式的优点

2．1．3 沼气工程集中供气系统的组成

2．2 集中供气式沼气工程相关工艺系统的优化设计

2．2．1 储气方式的选择

2．2．2 净化工艺的确定

2．2．4 工艺流程顺序确定

2．3 本章小结

3 集中供气式沼气工程输配系统的设计

3．1 供气方式的选择

3．2 管材的选择

3．3 水力计算

3．3．1 计算方法

3．3．2 实际计算

3．4 管道敷设

3．4．1 敷设方式

3．4．2 室内与室外管道的敷设

3．4．3 注意事项

3．5 验收

3．5．1 管道强度实验

3．5．2 管道气密性实验

3．6 本章小结

4 基于PLC与变频器的恒压变频供气系统设计

4．1 恒压变频供气系统简述

4．2 恒压变频供气系统PID闭环控制原理

4．3 恒压变频供气系统的硬件设计

4．3．1 恒压变频供气系统的逻辑组成

4．3．2 恒压变频供气控制系统流程

4．3．3 电气原理图设计

4．3．4 恒压变频供气系统PLC及其扩展模块的选择

4．3．5 传感器类型的确定

4．4 基于西门子S7-200的恒压变频供气系统的软件设计

4．4．1 压力信号采集程序

4．4．2 PID闭环控制程序

4．5 本章小结

5 基于智能采集卡与力控组态的监测系统设计

5．1 沼气生产简易流程

5．2 监测系统控制要求

5．3 监测系统的下位机设计

5．3．1 智能数据采集卡简介及选型原则

5．3．2 智能监控系统下位机硬件设计

5．3．3 系统主要部件的选型

5．4 监测系统的上位机设计

5．4．1 ForceControl组态软件概述

5．4．2 系统监测界面开发步骤

5．5 本章小结

6 全文总结

6．1 全文总结

6．1．1 研究内容以及研究结果

6．1．2 创新及不足之处

6．2 展望

参考文献

附录

致谢

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